课程介绍
电力半导体器件是指基本特性由半导体内载流子流动决定，并主要用于电力的变换、调节和开关的器件，也称为可进行功率处理（如变频、变压、变流、功率放大和功率处理等）的半导体器件。以半导体物理为理论基础，以半导体制造技术为核心。目前发展的主流方向是电力电子技术与微电子技术不断融合产生的功率集成技术。
《电力半导体器件原理及设计》是我校面向电子科学与技术专业本科生开设的一门重要专业学位课。内容涵盖各种电力半导体器件，如功率二极管、功率双极晶体管、功率MOSFET、绝缘栅双极晶体管（IGBT）、普通晶闸管、门极可关断晶体管（GTO）、集成门极换流晶闸管（IGCT）及MOS控制晶闸管（MCT）等，主要介绍器件结构、工作原理、静动态特性、制作工艺、设计方法、应用可靠性及最新发展动态。
课程大纲
学习与综合实践：共计64学时
1. 绪论（2学时）
简要介绍本课程的教学任务、性质、学习方法及培养目标和对毕业要求的支撑情况，主要阐述电力半导体器件的概念、分类、构成、特点、应用及其发展概况。
2. 功率二极管（4+2学时）
主要讲解功率二极管（包括扩散功率二极管、外延功率二极管和功率肖特基二极管）的结构特点、制作工艺、工作原理、静动态特性以及设计方法等基本内容。重点讲解普通功率二极管的导通时的电导调制效应、反向恢复机理及其对关键特性参数的影响等关键问题。
3. 功率双极晶体管（4学时）
主要讲解功率双极晶体管（包括基本BJT、达林顿结构及模块）的结构特点、制作工艺、工作原理、静动态特性以及安全工作区（SOA）等基本内容。重点讲解普通功率晶体管的工作原理、载流子输运机理，基区宽变效应、电流集中效应，二次击穿以及I-V特性曲线等关键问题。
4. 功率场效应晶体管（功率MOSFET）（8+2学时）
主要讲解功率MOSFET的结构特点、制作工艺、工作原理、静动态特性以及安全工作区（SOA）、设计方法等基本内容。重点讲解功率MOSFET的由截止放大饱和这些状态的变化过程，分析沟道长度调变效应以及对应I-V特性曲线变化、动态雪崩、安全工作区（SOA）及静电防护等关键问题。
5. 绝缘栅双极晶体管IGBT（10+2学时）
主要讲解IGBT的结构特点、制作工艺、工作原理、静动态特性以及安全工作区（SOA）、设计方法等基本内容，重点讲解IGBT的闩锁效应、电子注入增强（IE）效应等关键知识，分析SOA的构成及其失效原因。
6. 普通晶闸管（8+2学时）
主要讲解普通晶闸管的结构特点、制作工艺、工作原理、静动态特性以及设计方法等基本内容，重点讲解晶闸管导通时的正反馈效应，分析两种耐压结构和设计方法，以及晶闸管常见失效的原因与模式。
7. 门极可关断晶闸管（GTO）（6学时）
主要讲解GTO的结构特点、制作工艺、工作原理、静动态特性以及设计方法等基本内容，分析GTO的最大可关断电流的影响因素及常见的失效原因。
8. 集成门极换流晶闸管IGCT（4学时）
主要讲解IGCT的结构分类与特点、制作工艺、工作原理、静动态特性以及设计考虑等基本内容；重点讲解GCT内部的换流机理及特性曲线变化。
9. MOS控制晶闸管MCT（4学时）
主要讲解MCT的结构分类与特点、制作工艺、工作原理、静动态特性以及设计考虑等基本内容；重点讲解MCT开关过程的换流机理及其与高压IGBT的性能差异。
10. 共性技术及课程总结（2学时）
主要讲解电力半导体器件在设计、制造过程中的共性技术问题，包括结终端技术和少子寿命控制技术的原理及其设计方法。对整个课程进行总结，分析各器件结构间的相互联系、工作原理及特性的差异。
11. 课程综合实践（4学时）
根据技术指标，通过仿真设计器件结构参数、分析制造工艺流程，给出器件设计方案。
学习目标
1. 熟悉电力半导体器件的概念、分类、结构特征、发展动态及其应用领域，能够正确理解电力半导体器件领域的复杂工程问题；了解国内外技术差距，具有科技报国的家国情怀和使命担当意识。
2. 能够利用所学的基本知识和原理，分析各种器件的结构特点、工作原理、I-V特性、等效电路及物理效应；通过综合分析，能够正确表达电力半导体器件领域复杂工程问题的解决方案，并认识到解决方案的多样性；具有正确认识问题、分析问题和解决问题的能力和实事求是的科学态度。
3. 能够利用电力半导体器件的原理，分析影响器件各项特性的关键因素及其相互制约关系；根据实际需求确定器件的耐压结构和结终端结构，进行器件的结构设计，并在设计中体现创新意识，具有精益求精的工匠精神。
4. 能够利用器件结构与工艺原理知识，分析各种电力半导体器件制造的工艺流程和关键工艺方法，并在工艺方案设计中体现成本与性能折衷的经济决策思想和环保意识。
学习要求
1. 具备半导体器件物理和工艺基础知识
2. 熟悉半导体器件数值分析方法及仿真软件
3. 课前预习、课后按时交作业
考核标准
1. 期末考试占50%；过程考核占50%（其中作业占50%、单元测验占50%）；
2. 课程内容每年更新一次，考核以当年课程内容为准，考核合格后可以申请证书。
教材教参
1.《电力电子新器件及其制造技术》，王彩琳编著. 北京：机械工业出版社，2023(第二次印刷)
2.《Semiconductor Power Devices Physics, Characteristics, Reliability》, Lutz, J., Schlangenotto, H., Scheuermann, U., De Doncker, R. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011/（第二版）《功率半导体器件—原理、特性和可靠性》，卞抗，杨莺，刘静等译. 北京：机械工业出版社，2020
3.《The IGBT Device Physics, Design and Applications of the Insulated Gate Bipolar Transistor》，Baliga B. J. Springer, 2015/（中译本）《IGBT器件—物理、设计及应用》，韩雁、丁扣宝、张世峰等译，北京：机械工业出版社出版，2018
4.《Power Semiconductor Device Theory and Application》，Benda V, Gower J, Grant D A. England, Johy willey & Sons, 1999/（中译本）《功率半导体器件—理论及应用》，吴郁，张万荣，刘兴明译. 北京：化学工业出版社，2005
5.《Fundamentals of Power Semiconductor Devices》，Baliga B. J. Springer, 2008
6. 《Advanced High Voltage Power Device Concepts》，B. Jayant Baliga，Springer, 2011
7. 《电力电子器件原理与设计》，杨晶琦. 北京：国防工业出版社, 1999
8.《绝缘栅双极晶体管（IGBT）设计与工艺》，赵善麒，高勇，王彩琳. 北京：机械工业出版社，2018
9.《电力半导体器件原理与应用》，袁立强, 赵争鸣, 宋高升等. 北京：机械工业出版社，2011
